• Title, Summary, Keyword: 산화물-반도체 전계효과 트랜지스터

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Si-$SiO_2$ 계면에서의 산화물 고정 전하의 위치에 따른 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성

  • Jin, Jun;Jang, Sang-Hyeon;Yu, Ju-Hyeong;Kim, Tae-Hwan
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.215-215
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    • 2010
  • 실리콘 산화막 ($SiO_2$)의 성장 과정에서 발생하는 $SiO_2$ 층에 포획된 전자-정공, Si-$SiO_2$ 계면 영역의 산화물 고정 전하와 Si-$SiO_2$ 계면의 표면 준위에 포획된 전하와 같은 $SiO_2$ 의 결점에 의해 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성을 저하하여 신뢰성을 높이는데 한계점이 발생한다. $SiO_2$ 의 결점에 의한 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성 변화에 대한 연구는 활발히 진행되었으나, 전계효과 트랜지스터 소자에서 셀 사이즈가 감소함에 따라 전기적 특성에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 산화나 산화 후 열처리 과정 동안에 생기는 Si-$SiO_2$ 계면에서의 산화물 고정 전하의 위치에 따른 전계효과 트랜지스터 소자의 전기적 특성 변화를 TCAD 시뮬레이션 툴인 Sentaurus를 사용하여 관찰하였다. Si-$SiO_2$ 계면 근처의 실리콘 산화물내에 위치시킨 양전하를 산화물 고정 전하로 가정하여 시뮬레이션 하였다. 또한 40 nm의 전계효과 트랜지스터 소자에서 산화물 고정 전하의 위치를 실리콘 산화 막의 가장자리부터 중심으로 10 nm씩 각각 차이를 두고 비교해 본 결과, $SiO_2$의 가장 자리보다 $SiO_2$의 한 가운데에 산화물 고정 전하가 고정되었을 때 전류-전압 특성 곡선에서 문턱전압의 변화가 더 뚜렷함을 알 수 있었다. 산화물 고정 전하를 Si-$SiO_2$ 계면으로부터 1~5 nm 에 각각 위치시켜 계산한 결과 산화물 고정 전하에 의해 문턱 전압이 전류-전압 특성 곡선에서 낮은 전압쪽으로 이동하였고, 산화물 고정 전하가 Si-$SiO_2$ 계면에 가까울수록 문턱 전압의 변화가 커졌다. 이는 전계효과 트랜지스터 소자에서 Si-$SiO_2$ 계면의 산화물 고정 전하에 의해 실리콘의 전위가 영향을 받기 때문이며, 양의 계면전하는 반도체의 표면에서의 에너지 밴드를 아래로 휘게 만들어 문턱전압을 감소하였다.

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Oxide semiconductor thin film transistors for next generation displays

  • Park, Jin-Seong
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • pp.60.2-60.2
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    • 2012
  • 기술의 발전이 비약적으로 성장하면서, 소비자의 요구는 빠르게 변하고 있다. 전자 소자를 응용한 제품 시장은 매해를 거듭할 수록 빠른 속도로 성능을 향상시키고 있다. 이에 따라 디스플레이 시장에서 가장 큰 관심은 작은 화면에서도 높은 해상도를 요구하고, 수광형의 구동방식이 아닌 능동형 구동방식을 갖는 AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitted Diode)를 선호하고 있으며, 빠른 응답속도 기반을 갖는 표시소자를 요구하고 있다. 제품 생산자들의 고민은 기존의 비정질 실리콘 기반의 LCD (Liquid crystal display) 구동소자와 공정을 이용하여 소비자의 욕구에 접근하기가 점점 어려워지고 있다. 최근 이러한 문제점을 해결하고자 하는 노력들중에서 산화물 반도체 재료와 이를 이용한 박막 트랜지스터 개발이 큰 관심을 갖고 있다. 최근 InGaZnO 산화물 반도체 재료는 기존의 비정질 실리콘 반도체 재료 보다 높은 전계 이동도(> $10cm^2/V.s$)를 보이고 있으며, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 구조에서 산화물 반도체 재료의 대체만으로 효과가 보일 수 있어서 큰 연구가 진행되어져 왔다. 하지만, InGaZnO 산화물 박막 트랜지스터에 대한 소자를 AMOLED에 적용할 때, 기존의 LTPS (low temperature poly-slicon)에서는 발견되지 않았던 소자의 전계신뢰성과 이동도 한계가 문제로 제기되었다. 또한, Indium이라는 희소원소의 사용은 향후 공정 단가와 희소 물질에 대한 위협등에 의하여 새로운 산화물 반도체 재료에 대한 요구와 관심이 발생하고 있다. 본 발표에서는 기존의 산화물 반도체 재료에 대한 차세대 디스플레이인 AMOLED와 유연 디스플레이에 대한 응용 가능성을 발표할 예정이다. 또한 산화물 반도체 재료의 신뢰성 문제에 대한 해결방법으로 신규 산화물 반도체 재료에 대한 연구 방향과 indium-free 계열을 이용한 저원가 산화물 반도체 연구에 대하여 소개할 예정이다. 앞으로 산화물 반도체 재료에 대한 연구와 응용은 기존의 실리콘 반도체 틀을 벗어난 새로운 응용분야를 열어줄 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 그 기대에 대한 몇가지 예를 통하여 재료와 소자의 응용 가능성을 논의할 예정이다.

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Ultraviolet (UV)Ray 후처리를 통한 InGaZnO 박막 트랜지스터의 전기적 특성변화에 대한 연구

  • Choe, Min-Jun;Park, Hyeon-U;Jeong, Gwon-Beom
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.333.2-333.2
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    • 2014
  • RF 스퍼터링 방법을 이용하여 제작된 IGZO 박막 트랜지스터 및 단막을 제조하여 UV처리 유무에 따른 전기적 특성을 평가하였다. IGZO 박막 트랜지스터는 Bottom gate 구조로 제조되었으며 UV처리 이후 전계효과 이동도, 문턱전압 이하 기울기 값등 모든 전기적 특성이 개선된 것을 확인 하였다. 이후 UV처리에 따른 소자의 전기적 특성 개선에 대한 원인을 분석하기위해 물리적, 전기적, 광학적 분석을 실시하였다. XRD분석을 통해 UV처리 유무에 따른 IGZO박막의 물리적 구조 변화를 관찰했지만 IGZO박막은 UV처리 유무에 상관없이 물리적 구조를 갖지 않는 비정질 상태를 보였다. IGZO 박막 트랜지스터의 문턱전압 이하의 기울기 값과을 통하여 반도체 내부에 존재하는 결함의 양을 계산한 결과 UV를 조사하였을 때 결함의 양이 감소하는 결과를 얻었으며 이 결과는 SE를 통해 밴드갭 이하 결함부분을 측정하였을 때와 같은 결과였다. 또한 UV처리 전에는 shallow level defect, deep level defect등의 넓은 준위에서 결함이 발견된 반면 UV처리 이후에는 deep level defect준위는 없어지고 shallow level defect준위 역시 급격하게 감소한 것을 볼 수 있었다. 결과적으로 IGZO 박막의 경우 UV처리를 함에 따라 결함의 양이 감소하여 IGZO박막 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 증가 시킬 뿐 아니라 문턱전압 이하 기울기 값을 감소시키는 원인으로 작용하게 된다는 결과를 도출하였다.

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Radiation Effects on PWM Controller of DC/DC Power Buck Converter (DC/DC 전력 강압 컨버터의 PWM 제어기 방사선 영향)

  • Lho, Young-Hwan
    • Journal of the Korean Society for Railway
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    • v.15 no.2
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    • pp.116-121
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    • 2012
  • DC/DC switching power converters produce DC output voltages from different DC input sources. The converter is used in regenerative braking of DC motors to return energy back in the supply, resulting in energy savings for the systems containing frequent stops. The DC/DC converter is composed of a PWM-IC (pulse width modulation integrated circuit) controller, a MOSFET (metal-oxide semi-conductor field-effect transistor), an inductor, capacitors, and resistors, etc. PWM is applied to control and regulate the total output voltage. In this paper, radiation shows the main influence on the changes in the electrical characteristics of comparator, operational amplifier, etc. in PWM-IC. In the PWM-IC operation, the missing pulses, the changes in pulse width, and the changes of the output waveform are studied by the simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE) and compared with experiments.

수소 이온 조사와 후 열처리 공정에 따른 InGaZnO 박막 트랜지스터의 소자 특성과 반도체 박막 특성 연구

  • Kim, Bu-Gyeong;Park, Jin-Seong;Song, Jong-Han;Chae, Geun-Hwa;Kim, Jun-Gon;Jeong, Gwon-Beom
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.194-194
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    • 2013
  • 본 연구에서는 a-IGZO 활성층에 다른 dose량의 수소 이온을 조사하여 박막 트랜지스터 소자의 효과를 알아보고, 수소 이온 조사 후, 이온 조사에 따른 불안정한 소자 특성을 안정화시킬 목적으로 후 열처리에 따른 소자 특성을 알아보았다. a-IGZO 활성층에 수소이온을 110keV의 에너지로 가속하여, 수소 이온 조사량을 $1{\times}10^{14}\;ion/cm^2$, $1{\times}10^{15}\;ion/cm^2$, $1{\times}10^{16}\;ion/cm^2$로 조절하였고, 후 열처리 공정은 a-IGZO 활성층에 $1{\times}10^{16}\;ion/cm^2$ 이온조사 후, 대기 분위기로 $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $350^{\circ}C$ 각각 1시간 동안 열처리를 진행하였다. Spectroscopy Ellipsometry (SE)로 측정된 3eV이상의 광학적 밴드 갭은 기존에 보고 되었던 비정질 산화물 반도체와도 유사한 밴드 갭을 가지고 있음을 확인하였다. IGZO 박막을 활성층으로 사용하여 수소 이온 조사 공정 후 제작한 박막 트랜지스터는 3.89 $cm^2/Vs$의 전계효과이동도와 0.59V/decade의 문턱전압 이하 기울기를 보았다. 수소 이온 조사 공정을 통한 IGZO 박막 트랜지스터의 output curve가 다소 불안정함을 보였으나, $1{\times}10^{16}\;ion/cm^2$ 이온조사 후, 대기 분위기로 $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $350^{\circ}C$ 각각 1시간동안 열처리를 진행한 박막 트랜지스터의 특성은 소자의 불안정성을 보완해줄뿐만 아니라 $350^{\circ}C$ 열처리에서는 16.9 $cm^2/Vs$의 전계효과이동도와 0.33V/decade의 문턱전압 이하 기울기와 같이 더 향상된 박막 트랜지스터의 전기적 특성 결과를 관측하였다. 기존의 연구 되어진 a-IGZO 활성층에 수소이온조사와 후 열처리 공정에 따라 광학적 밴드 갭 에너지 준위의 변화와 박막 및 박막 트랜지스터 특성을 변화시킨다는 결과를 도출하였다.

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A Study on the Design of Voltage Mode PWM DC/DC Power Converter (전압모드 PWM DC/DC 전력 컨버터 설계연구)

  • Lho, Young-Hwan
    • Journal of the Korean Society for Railway
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    • v.14 no.5
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    • pp.411-415
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    • 2011
  • DC/DC switching power converters are commonly used to generate a regulated DC output voltages with high efficiencies from different DC input sources. The voltage mode DC/DC converter utilizes MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor), inductor, and a PWM (pulse-width modulation) controller with oscillator, amplifier, and comparator, etc. to efficiently transfer energy from the input to the output at periodic intervals. The fundamental boost converter and a buck converter containing a switched-mode power supply are studied. In this paper, the electrical characteristics of DC/DC power converters are simulated by program of SPICE, and the PWM controller is implemented to check the operation. In addition, power efficiency is analyzed based on the specification of each component.

The Characteristics of Amorphous-Oxide-Semiconductor Thin-Film-Transistors According to the Active-Layer Structure (능동층 구조에 따른 비정질산화물반도체 박막트랜지스터의 특성)

  • Lee, Ho-Nyeon
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.10 no.7
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    • pp.1489-1496
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    • 2009
  • Amorphous indium-gallium-zinc-oxide thin-film-transistors (TFTs) were modeled successfully. Dependence of TFT characteristics on structure, thickness, and equilibrium electron-density of the active layer was studied. For mono-active-layer TFTs, a thinner active layer had higher field-effect mobility. Threshold voltage showed the smallest absolute value for the 20 nm active-layer. Subthreshold swing showed almost no dependence on active-layer thickness. For the double-active-layer case, better switching performances were obtained for TFTs with bottom active layers with higher equilibrium electron density. TFTs with thinner active layers had higher mobility. Threshold voltage shifted in the minus direction as a function of the increase in the thickness of the layer with higher equilibrium electron-density. Subthreshold swing showed almost no dependence on active-layer structure. These data will be useful in optimizing the structure, the thickness, and the doping ratio of the active layers of oxide-semiconductor TFTs.

A Study on the Theory of $\frac {1}{f}$ Noise in Electronic Devies (전자소자에서의 $\frac {1}{f}$잡음에 관한 연구)

  • 송명호
    • The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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    • v.3 no.1
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    • pp.18-25
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    • 1978
  • The 1/f noise spectrum of short-circuited output drain current due to the Shockley-Read-Hal] recombination centers with a single lifetime in homogeneous nondegenerate MOS-field effcte transtors with n-type channel is calculated under the assumptions that the quasi-Fermi level for the carriers in each energy band can not be defined if we include the fluctuation for time varying quantities. and so 1/f noise is a majority carrier effect. Under these assumptions the derived 1/f noise in this paper show some essential features of the 1/f noise in MOS-field effect transistors. That is, it has no lowfrequency plateau and is proportionnal to the channel cross area A and to the driain bias voltage Vd and inversely proportional to the channel length L3 in MOS field effect transistors. This model can explain the discrepancy between the transition frequency of the noise spectrum from 1/f- response to 1/f2 and the frequency corresponding to the relaxation time related to the surface centers in p-n junction diodes. In this paper the results show that the functional form of noise spectrum is greatly influenced by the functional forms of the electron capture probability cn (E) and the relaxation time r (E) for scattering and the case of lattice scattering show to be responsible for the 4 noise in MOS fold effect transistors. So we canconclude that the source of 1/f noise is due to lattice scattering.

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Effect of Random Dopant Fluctuation Depending on the Ion Implantation for the Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (금속-산화막-반도체 전계효과 트랜지스터의 불순물 분포 변동 효과에 미치는 이온주입 공정의 영향)

  • Park, Jae Hyun;Chang, Tae-sig;Kim, Minsuk;Woo, Sola;Kim, Sangsig
    • Journal of IKEEE
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    • v.21 no.1
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    • pp.96-99
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    • 2017
  • In this study the influence of the random dopant fluctuation (RDF) depending on the halo and LDD implantations for the metal-oxide-semiconductor field effect transistor is investigated through the 3D atomistic device simulation. For accuracy in calculation, the kinetic monte carlo method that models individual impurity atoms and defects in the device was applied to the atomistic simulation. It is found that halo implantation has the greater influence on RDF effects than LDD implantation; three-standard deviation of $V_{TH}$ and $I_{ON}$ induced by halo implantation is about 6.45 times and 2.46 times those of LDD implantation. The distributions of $V_{TH}$ and $I_{ON}$ are also displayed in the histograms with normal distribution curves.

ITZO 박막 트랜지스터의 산소 분압과 열처리 온도 가변에 따른 전기적 특성

  • Kim, Sang-Seop;Go, Seon-Uk;Choe, Byeong-Deok
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.243.1-243.1
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    • 2013
  • 본 연구에서는 산소 분압과 열처리 온도에 따른 ITZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상을 목적으로 실험을 진행하였다. 1) ITZO 박막 증착 시 산소 분압 가변($O_2/(Ar+O_2)$ 30~40%), 열처리 온도 고정($350^{\circ}C$)과 2) ITZO 박막 증착 시 산소 분압 고정(30%), 열처리 온도($200{\sim}400^{\circ}C$)를 가변하여 실험을 진행하였다. 두 실험 모두 특성향상을 위해 산소 분위기에서 열처리를 진행하였다. 산소의 분압이 증가할수록 산소 빈자리를 채우면서 전자 농도가 감소하여 채널 전도 효과가 줄어들면서 Hump 현상이 발생하였고, 스윙이 증가, 문턱 전압이 음의 방향으로 이동하였다. 이에 $O_2/(Ar+O_2)$)의 30%에서 30%일때, 문턱전압은 1.98 V, 전계 효과 이동도는 28.97 $cm2/V{\cdot}s$, sub-threshold swing은 280 mv/dec, on-off 비율은 ~107로 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 또한 열처리 온도 가변 시 $400^{\circ}C$에서 전계 효과 이동도는 28.97 $cm^2/V{\cdot}s$$200^{\circ}C$의 전계 효과 이동도는 11.59 $cm^2/V{\cdot}s$에 비해 약 3배 증가하였고, 소자의 스위칭 척도인 sub-threshold swing은 약 180 mv/dec 감소하였다. 문턱 전압은 0.97V, on-off ratio는 약 107을 보였다. 동일한 산소 분압의 분위기에서 $400^{\circ}C$ 열처리 시 가장 우수한 전기적 특성을 보였고, 저온 공정으로 인한 플렉서블 디스플레이 투명 디스플레이 적용 가능성을 확인하였다.

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